饲粮粗脂肪水平对舍饲牦牛有害气体排放动态变化的影响

刘 毅 张群英 拜彬强 郝力壮

(青海大学，青海省高原放牧家畜动物营养与饲料科学重点实验室，省部共建三江源生态与高原农牧国家重点实验室，青海牦牛研究中心，西宁 810016)

随着现代畜牧业的发展，家畜的饲养规模以及饲养密度越来越大，畜舍内的有害气体严重影响畜群健康，制约畜牧业的可持续发展。目前，“绿色、生态、健康”已成为现代养殖业发展的必然要求和重要趋势[1]。目前，牦牛养殖正在由放牧形式转变为舍饲和半舍饲形式，一方面有利于牦牛健康养殖，另一方面有利于牦牛业节能减排[2]。

目前关于降低家畜有害气体排放的研究有很多，有研究学者通过改善饲料加工工艺、降低饲粮蛋白质水平、添加多种植物精油等方法可以有效降低猪舍、鸡舍有害气体排放量[3-4]。刘明等[5]通过优化饲粮营养水平并结合使用吸附剂等措施也可以有效降低牛舍内有害气体排放量。同时刘慧丽等[6]研究发现，饲养环境中氨气(NH3)浓度过高会导致牦牛采食量降低，生长性能降低，间接使甲烷(CH4)排放量降低。综上所述，现代畜牧业有害气体减排研究已从使用有害气体吸附剂、降低饲粮粗蛋白质水平和采食量等方面着手，通过优化饲粮营养水平、调节精粗比等方面提高饲料利用率，减少反刍动物有害气体排放量。但通过改变饲粮粗脂肪水平是否可以进一步影响舍饲牦牛有害气体排放量鲜有研究。因此，本试验通过添加不同物理形式双低菜籽油改变饲粮粗脂肪水平，研究其对牦牛有害气体排放动态变化的影响，为青藏高原舍饲牦牛健康养殖和节能减排提供技术支撑，也为其他反刍动物养殖中降低有害气体排放提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验饲粮

依据《肉牛饲养标准》(NY/T 815—2004)[7]和《牦牛营养研究论文集》[8]中相关能量与蛋白质研究文献，按照150 kg牦牛日增重500 g设计基础饲粮配方。采用拉丁方试验设计，4种饲粮分别通过添加菜籽粕、菜籽饼、破碎油菜籽和菜籽油调控饲粮粗脂肪水平，饲粮粗脂肪水平分别为3.26%、4.58%、5.45%和6.27%。粗饲料为青贮燕麦草，精粗比1∶1。试验饲粮组成及营养水平见表1。

表1 试验饲粮组成及营养水平(干物质基础)Table 1 Composition and nutrient levels of experimental diets (DM basis) %

1.2 试验设计

试验选择体况相近、体重(150±5)kg、健康的大通阉牦牛4头，进行4×4拉丁方试验，每期包括21 d预试期和7 d正试期。4×4拉丁方试验设计见表2。每期试验流程为：称重、预试期、进代谢舱前称重、正试期、出代谢舱后称重。每期进代谢舱共7 d，每期试验期前2 d为牦牛进代谢舱适应期，观察适应情况；从第3天开始进行为期5 d的正式消化代谢试验，并利用舱内传感器和控制室内的气体分析仪分析连续3 d测定二氧化碳(CO2)、CH4、NH3浓度，并计算排放量。试验前通过预饲确定最大采食量，保证试验牦牛的干物质饲喂量为3 kg/d，分别在07:30和19:30进行饲喂。

表2 4×4拉丁方试验设计Table 2 4×4 Latin square experimental design

1.3 指标测定

1.3.1 饲粮营养水平

干物质(DM)含量采用GB/T 6435—2014测定[9]；粗蛋白质(CP)含量采用GB/T 6432—2018测定[10]；粗灰分(Ash)含量采用GB/T 6438—2007测定[11]；钙(Ca)、磷(P)含量测定参照张丽英[12]《饲料分析及饲料质量检测技术》进行测定；粗脂肪(EE)含量采用ANKOM XT15i自动脂肪分析仪测定；中性洗涤纤维(NDF)、酸性洗涤纤维(ADF)测定含量采用Van Soest[13]的方法测定，所用仪器为ANKOM 200i半自动纤维分析仪测定。总能(GE)采用美国绝热型氧弹热量计Parr 6100型测定，精准称取0.8 g左右风干基础的样品，经专用的压片机压片成型，放入专用坩锅中进仪器测定。

1.3.2 CH4、CO2、NH3排放量

试验使用青海大学畜牧兽医科学院呼吸测热环控舱测定CH4、CO2、NH3排放量。呼吸测热环控舱包括4套大型动物呼吸测热人工气候室和1个控制室，每个舱室大小为4.5 m×3.3 m×2.5 m，舱体采用双层厚度为100 mm的不锈钢聚氨酯板，相互之间还留有2扇一大一小透明玻璃避免试验牛应急；每个舱体均具有温湿度系统、光照系统、新风系统、呼吸气体测定系统和控制系统。试验期间温度控制在(20±1)℃，并保证气候室内压力略小于外部环境，确保舱体密闭并有利于保证气体的完全回收与测量。呼吸气体测定系统主要设备包括预处理柜、漩涡风机、流量计、氧气分析仪、CO2分析仪、CH4分析仪、NH3传感器等。每次试验开始之前，首先要保证环控舱系统运转状态良好，再使用标准气体对气体分析仪依次进行零点校正和量程校准，确保测定数据准确，具体见图1。

图1 CH4、CO2、NH3排放量测定系统Fig.1 Measurement system of CH4,CO2 and NH3 emissions

采食量水平的CH4、NH3和CO2排放量计算公式如下：

摄食每千克饲粮CH4排放量=总CH4排放量/干物质摄入量；摄食每千克饲粮NH3排放量=总NH3排放量/干物质摄入量；摄食每千克饲粮CO2排放量=总CO2排放量/干物质摄入量。

1.4 统计分析

试验数据采用Excel 2016进行数据初步整理，利用SAS 9.0 PROC MIXED模块进行统计分析，其中饲粮粗脂肪水平为固定因子，试验动物和试验期为随机因子，并用多项式正交对比来检验其差异显著性，显著性水平设置为P<0.05。采用SAS 9.0统计软件中的一元线性回归程序(REG过程)对数据进行线性回归分析。结果以平均值和均值标准误(SEM)表示。

2 结果与分析

2.1 饲粮粗脂肪水平对舍饲牦牛CH4、NH3和CO2排放量的影响

如表3所示，菜籽粕饲粮组CH4排放量显著高于菜籽饼饲粮组、破碎油菜籽饲粮组和菜籽油饲粮组(P<0.05)。菜籽饼饲粮组CH4排放量显著高于破碎油菜籽饲粮组和菜籽油饲粮组(P<0.05)。这表明提高饲粮粗脂肪水平可以有效地降低CH4排放量。菜籽粕饲粮组CO2排放量最高，随着饲粮粗脂肪水平的提高，CO2排放量逐渐降低，但各组之间无显著差异(P>0.05)。随着饲粮粗脂肪水平的提高，NH3排放量逐渐降低。菜籽粕饲粮组NH3排放量显著高于破碎油菜籽饲粮组和菜籽油饲粮组(P<0.05)。

表3 CH4、CO2和NH3排放量Table 3 Emissions of CH4,CO2 and NH3 L/d

2.2 饲粮粗脂肪水平对舍饲牦牛CH4、CO2和NH3日排放量动态变化的影响

图2、图3、图4分别展示了不同粗脂肪水平饲粮组CH4、CO2和NH3日排放量动态变化规律，结果表明，各饲粮组CH4日排放量呈现规律变化，在每日00:00—07:00呈现下降趋势，在07:00—10:00不断上升，并在10:00达到一个高峰，即每次采食后1.5～3.0 h排放量一个高峰；随后不断下降，在18:00再次上升并在18:00—19:00达到每日最高峰，即每日晚间采食后0.5～1.5 h达到最高峰，随后不断下降。其中，在各饲粮组中，CH4排放量较高的为菜籽粕饲粮组，在每日18:44时CH4排放量达最高，为2.15 L。CH4排放量较低的为菜籽油饲粮组，在每日07:04时CH4排放量最低，仅为0.64 L。各饲粮组中，菜籽粕组CO2日排放量最高，其余各组CO2日排放量无明显差异。各饲粮组NH3日排放量动态变化无明显规律。

图2 CH4日排放量动态变化图Fig.2 CH4 daily emission dynamic change chart

图3 CO2日排放量动态变化图Fig.3 CO2 daily emission dynamic change chart

图4 NH3日排放量动态变化图Fig.4 NH3 daily emission dynamic change chart

2.3 干物质、粗脂肪摄入量及采食量水平的CH4、NH3和CO2排放量

由表4可知，各组牦牛粗脂肪摄入量随着饲粮粗脂肪水平的增加逐渐升高，菜籽粕饲粮组和菜籽饼饲粮组的粗脂肪摄入量显著高于破碎油菜籽饲粮组和菜籽油饲粮组(P<0.05)。摄食每千克饲粮CH4排放量最高的是菜籽粕饲粮组，其次为菜籽饼饲粮组，最低为菜籽油饲粮组，摄食每千克饲粮CH4排放量随着饲粮粗脂肪水平的增加逐渐下降，菜籽粕饲粮组的摄食每千克饲粮CH4排放量显著高于其他各组(P<0.05)。摄食每千克饲粮CO2排放量随着饲粮粗脂肪水平的增加逐渐下降，各组之间无显著差异(P>0.05)。摄食每千克饲粮NH3排放量最高的是菜籽粕饲粮组，最低的是破碎油菜籽饲粮组，菜籽粕饲粮组的摄食每千克饲粮NH3排放量显著高于破碎油菜籽饲粮组(P<0.05)。

表4 干物质、粗脂肪摄入量及采食量水平的CH4、NH3和CO2排放量Table 4 DM,EE intakes and CH4,CO2,NH3 emissions at feed intake level

2.4 基于饲粮粗脂肪水平的CH4、NH3、CO2排放量预测模型

基于饲粮粗脂肪水平的CH4、NH3、CO2排放量预测模型见表5，由饲粮粗脂肪水平作为回归方程的影响因子，预测CH4、NH3、CO2排放量。牦牛CH4、CO2排放量与饲粮粗脂肪水平呈显著负相关(P<0.05)。相关系数分别为0.968 4、0.918 4。牦牛NH3排放量与饲粮粗脂肪水平相关性不显著(P>0.05)，相关系数为0.834 6。

表5 基于饲粮粗脂肪水平的CH4、NH3、CO2排放量预测模型Table 5 CH4,NH3,CO2 emission prediction models based on dietary EE level

3 讨 论

3.1 饲粮粗脂肪水平对舍饲牦牛NH3排放量的影响

NH3是家畜在舍饲过程中危害最大的气体，可导致畜群产生呼吸道疾病、生长性能降低等[14-15]。舍饲条件下所产生的NH3主要来源于细菌等微生物分解粪便[4]。尽管反刍动物相对于单胃动物对于NH3的耐受性更强，但是当NH3的浓度达到40～50 mg/m3时，仍然会明显导致畜群生长性能降低，诱发疾病等[16-17]。本试验结果表明，随着饲粮粗脂肪水平的升高，NH3排放量整体呈现降低趋势。进入瘤胃的蛋白质饲料经过瘤胃微生物作用降解，生成有机酸、氨和二氧化碳[18]。双金[19]研究了亚麻酸油籽对肉羊瘤胃微生物的影响，研究结果表明饲粮粗脂肪水平的增加会减少对有机物的降解，同时抑制纤维素消化，使得丙酸浓度升高，乙酸和丁酸浓度上升，进而使产生CH4和NH3的作用下降。以上研究与本试验研究结果相符，均表明提高饲粮粗脂肪水平可以有效降低反刍动物NH3排放量。

3.2 饲粮粗脂肪水平对舍饲牦牛CH4排放量的影响

近年来温室气体引发气候变化，全球温度不断升高，给人类造成严重的危害[20-21]。而CH4和CO2是导致温室效应的主要气体。其中CH4的全球变暖潜能值(GWP)是CO2的数倍[22-24]。本试验结果表明，随着饲粮粗脂肪水平的增加，CH4排放量呈现出降低趋势。菜籽油饲粮组相对于菜籽粕饲粮组CH4排放量降低了34.67%。董瑞阳[25]研究发现，饲喂不同粗饲料的奶牛甲烷排放量在5.4～5.7 L/d。本试验中，各个时间点的动态CH4排放量均低于董瑞阳[25]的研究结果，这与牦牛是“低碳节氮型”高原家畜有关。Hollmann等[26]通过在荷斯坦奶牛饲粮中添加不同水平(0、1.3%、2.7%和3.3%)椰子油，结果表明添加椰子油极显著降低了CH4排放量，但也同时降低了奶牛的干物质采食量和奶产量。Ding等[27]研究发现，不同精粗比的饲粮对于冷季青藏高原牦牛在放牧和舍饲CH4排放量有显著影响，天然放牧情况下牦牛牧草DMI为3.78 kg/d的CH4排放量为81.4 g/d，通过改变精粗比显著降低了CH4排放量，其CH4排放量为53.4～88.9 g/d。张春梅[28]通过体外法研究了不同精粗比条件下添加亚麻酸对湖羊CH4排放量的影响，发现亚麻酸的添加显著降低了CH4排放量。以上研究结果与本研究结果相符，均表明提高饲粮粗脂肪水平可以有效降低反刍动物的CH4排放量，但作用效果和作用程度可能与脂质来源、添加形式及剂量等因素相关。

3.3 饲粮粗脂肪水平对舍饲牦牛CO2排放量的影响

CO2本身无毒无害，但当其浓度过高时，家畜会出现慢性缺氧，易造成家畜体质虚弱等危害[5,29]。本试验结果发现，牦牛CO2排放量与饲粮粗脂肪水平相关性不显著。反刍动物CO2排放量主要受到环境温度的影响。覃春富[21]通过探究畜禽温室气体排放及其减排机制，结果表明CO2排放主要是动物自身呼吸代谢作用，包括自身呼吸和肠道微生物发酵过程，主要受到温度的影响。孙斌等[30]探究了荷斯坦奶牛四季CO2排放量，发现春季CO2排放量为852.75 g/d，夏季CO2排放量明显高于春季。李胜利等[31]对夏季泌乳奶牛CO2排放量进行测定，结果显示泌乳奶牛的CO2排放量为732 g/d。刘慧丽等[6]研究得出饲喂小麦秸秆的牦牛CO2的排放放量为1 023.1 g/d。本次试验结果低于前人研究结果，其原因可能是由于试验温度的影响导致。Van Gastelen等[32]通过研究10种不同处理的饲粮对奶牛有害气体排放量的影响，发现饲粮中添加亚麻油和亚麻酸可以降低CH4排放量，但对于CO2排放量无影响。以上研究与本次研究结果相符，均表明提高饲粮粗脂肪水平对反刍动物CO2排放量无显著影响。

4 结 论

以不同物理形式双低油菜籽调节饲粮粗脂肪水平，随着饲粮粗脂肪水平的升高，可以有效地降低牦牛CH4和NH3排放量，而对CO2排放量无显著影响，且在每日各个时间点CH4、NH3、CO2排放量均有所降低。